Studies of strongly-correlated electrons at ultralow temperatures by thermal-expansion measurements
| Project/Area Number |
19K21842
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山下 穣 東京大学, 物性研究所, 准教授 (10464207)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
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| Keywords | 超低温測定 / 熱膨張率 / 強相関電子系 / 超低温 / 磁歪 |
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| Outline of Research at the Start |
科学研究において、より低温の環境では物質の持つ量子力学的な性質が顕著に出るため、可能な限り低温までの研究が重要である。本研究は固体中の電子の研究を未踏の超低温領域（～１ｍＫ）まで拡張するため、固体物性の最も基本的物理量である比熱測定に着目し、現時点での問題（温度計、熱接触、不純物の影響）を克服するため、比熱に比例する物理量である熱膨張率測定を超低温まで行うことに挑戦する。熱膨張率は相転移などの変化に敏感な測定手法であり、本研究によって今まで不可能であった超低温領域における未知の秩序相探索を可能にする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では熱膨張率測定を希釈冷凍機温度以下の超低温度（～１ｍＫ）まで拡張することで、超低温度までの電子物性研究を開拓することにある。現在、様々な固体電子物性研究が市販の希釈冷凍機を用いて低温(~20 mK)まで行われているが、より低温の超低温領域(~1 mK)までの測定が必要な研究テーマが現れている。超低温環境自体は核断熱消磁冷凍機を使うことで得られるのに対して、超低温領域まで固体電子物性測定が行われた例はほとんど無く、超低温まで有効な測定方法が不明である。本研究では特に、熱膨張率を応用することで、比熱測定のような相転移探索を超低温度まで可能にすることを目的としている。今年度は以下のような進展があった。
（１）昨年度に準備した小型膨張計を超低温装置に導入するための装置や周辺部品を実際に超低温装置に導入し、CeCoIn5の熱膨張率測定を行った。CeCoIn5の超伝導転移に伴う信号変化の観測に成功し、最低温度の1 mK付近までの測定自体は成功した。一方、測定に用いた試料の大きさが小さく、常伝導相における熱膨張率の温度依存性を精度良く決めることはできなかった。また、実験室のわずかな温度変化によって生じる温度ドラフトを押さえることができず、信頼性の高い実験を行うためにはより一層の改良が必要であることが分かった。
（２）本研究で測定を予定している重い電子系物質YbRh2Si2の試料評価のための電気抵抗測定を超低温度まで行った。新しく低温アンプを導入することで、励起電流を抑えた測定を可能にし、１ ｍK近辺までの測定に成功した。その結果、2 mK付近で報告されていた超伝導転移と思われる電気抵抗の変化を観測することができた。この物質の超伝導転移に伴う電気抵抗の減少はいまだ報告例がないため、今後さらに磁場角度依存性や試料依存性を明らかにすることで、その超伝導状態の詳細を明らかにしたい。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
途中、コロナによる研究活動の停止に伴って、実験計画が大きく遅れてしまったが、その間に入念な準備を行ったことで、その後の実験はおおむね順調に推移した。
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| Strategy for Future Research Activity |
熱膨張率測定における温度ドリフトを改善するために、測定セルと同じ温度のところに参照用キャパシタンスを設置して回路に組み込むことで、信号の安定性の向上を図る。加えて、測定を試料のa-b面内の方向に対して行い、信号自体の増強を図る。
電気抵抗測定ではピエゾローテータを用いて、磁場角度を変更しながら測定することを可能にする。これによって臨界磁場の角度依存性を明らかにする。
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Report
(2 results)
Research Products
(10 results)
